超声波流量计的工作原理及系统构成
1.超声波流量计的作业原理及体系构成
1.1基本原理
超声波流量计按丈量原理分类有:①时差法;②多普勒效应法;③相关法;④噪声法;⑤波束偏移法。时差法的多普勒效应法使用ZUI为遍及,时差法超声波流量计首要使用于单相液体的丈量,而多普勒超声波流量计则用于含有适量的固体颗粒或气泡的多相流体的计量。例如:煤浆、污水、浆体等含固体或杂质较多的液体,通常不适于清洁流体的丈量。
该流量计以多普勒效应为其作业原理,即发射声源被1个相对运动的介质反射时,反射信号与发射信号的频率呈现差异,这种现象称之为多普勒效应,而这种频率差即为多普勒频差。
2个专门规划的传感器装置于管道外壁,因为传感器不与流体触摸,因而可用于计量有腐蚀或有害的液体,其中1个压电晶体即发射换能器T向流体连续发射频率为Ft的超声波,通过管壁进入流体之中,少部分超声波遇到流体中的气泡、颗粒、悬浮物等介质而发生反射频率为Fr的超声波,由接纳传感器即接纳换能器R接纳,而接纳频率Fr将发生多普勒频移Fd。所发射和接纳的频率差与流体流速成正比。其理论计算公式为：
Fd=Ft-Fr=(2V X cosθ/C)X Ft
式中C为声波在声楔中的传播速度(已依据折射定理将液体中的声速换算而来),V为流体流速,θ为超声波与流体流向夹角,由上式得:
v=C/(Ft Xcosθ)X Fd
由上式可知,通过测址Fd便可得出流速V,而q=π.D2/4(D为圆管内径,这样,处理流速V的丈量,便可得出流量q。
该流量计能够有效地计量泥浆、乳化液、浆体等介质
1.2超声波流量计体系构成
超声波流量计首要有超声深头,主机电路和8089单片微机体系组成,超声探头是一种可逆的换能器,发射探头可将电振动转换成机械振动,构成超声波;相反,接纳探头能够将从流体中接纳的超声波转换成电信号。主机电路是一种处理所接纳的超声波信号的电路,它将接纳信号与发射信号比较,然后得出多普勒差频信号即多普勒频移F。在大多数工业现场中,接纳回波信号大都十分弱小,一起,因为流体中的反射介质间隔所装置的超声探头远近纷歧(即管径巨细,两相流中固体含量的多少或气泡的多少不等),这样就造成了接纳信号的强弱不等,通过主机的信号调度电路的自动增益电路,可使超声波信号能稳定地被丈量。
该流量计的微机体系选用 INTEL公司的MCS-96系列中的8098准16位单片机,该芯片性能价格比高、功用强、速度快,其内部有4路10bit的A/D转换器。因而,使该流量计具有以下几个特色:
①CPU是高性能的准16位CPU,为寄存器算术逻辑单元结构,累加器为232字节的阵列结构,使用起来非常灵敏。
②指令体系丰厚,运算速度快,编程所需指令少,编程效率高,大大缩短了外表的开发周期。
③计算机体系选用4×4健盘,外扩1片8279芯片,控制整个体系的参数输入,其中止端子接CPU的外中止EXTINT端,响应速度快。
④芯片内置“看门狗”电路即16位的监督守时器,它的功用是在体系运转过程中若呈现某种异常情况时,体系能自动复位,然后节省了体系的硬件开消。
⑤外部总线为8位,一切8位总线的单片机拉接口芯片和电路均适用。该外表接口电路选用8255作为打印机打印机接口,选用TPP微型点阵式打印机,能够打印管道参数、流量、流速及日历时钟,还可守时打印:体系时钟接口芯片MC146818作为整个体系的实时时钟,它是莫托罗拉公司出产的多功用的日历时钟芯片,其内部带有50个字节的RAM可供用户在电情况下保护参数使用,因而该外表具有掉电保护功用。
一切这些特色,使该流量计的微机硬件接口电路规划简略、适用性强。由主机送来的流量信号传送到8098单片机的A/D接口ACH4,通过单片机的采集、运算和数学滤波处理,ZUI后得出流体流量。
2.超声波流量计体系的软件规划
单片机体系首要由1片8098单片机组成,扩展1片EPROM2764、1片RAM6264、1片8279和8255,MC146818芯片,用于对体系的时钟进行管理。
主程序流程，仪器上电复位或复位键复位后,主程序开始,首要初始化,首要对芯片8279和8255及MC146818进行编程。
该超声波流量计还具有较强的键盘管理功用,可输入管径、壁厚、日历时钟,可守时打印,可对现场的二次外表的量程进行设定,其显现选用2×16双行液晶显现,可显现流量、流速、累加流量。
为了进一步进步数据采集的抗搅扰性质,该体系软件选用了三重数字滤波一中值滤波法,翻滚平滑滤波和瞬间非稳态流量差值扫除滤波法。这样,有效地抑制了尖脉冲搅扰,以及工业现场流量的瞬态搅扰的影响,进步了外表的丈量可靠性和丈量的精度。软件清单从略。
3.定论
超声波流量计属非触摸式流量计,不刺进管道内部,装置迅速简洁。此外,该机配有专用的潜水式传感器,可防水耐高温。流量计已广泛用于治金、电呼、水利、煤炭、石油、化工等行业的污水、废水、浆体等流体的计量,可适用于简直一切硬质导声资料制造的闭合管道
